丙酸鈣如何抑制飼料中的黴菌?

匯軒產業知識 2020/05/25

黴菌抑制劑的主要類型包含單一有機酸、綜合有機酸 (例如:丙酸、山梨酸、苯甲酸和乙酸)或有機酸鹽(例如:丙酸鈣)。而各個有機酸的有效抗菌譜大不相同,根據許多文獻的研究結果可以得出 「甲酸殺菌、丙酸防黴」,這一直都是我們在有機酸應用上的法則。那麼弱鹼性的有機酸鹽—丙酸鈣,其做為黴菌抑制劑究竟是如何在飼料、 青貯料中發揮效果:降低黴菌數量並減少黴菌的次級代謝物黴菌毒素的產生,以維持飼料品質及動物的健康呢?

丙酸和丙酸鈣之間有差異嗎?

兩種化合物在防黴方面皆非常有效,且皆可充分溶於水。在化學結構上,丙酸鈣是丙酸的鈣鹽,分子以丙酸鈣或丙酸形式存在於溶液中,取決於溶液的pH值。 較低的pH值下,分子以丙酸形式存在;而在較高的pH值下,分子以丙酸鈣形式存在。

                
化學物質平衡常數
丙酸4.87(pKa)
pKb1pKb2
丙酸鈣6.674.75

丙酸鈣的作用機制

由未解離狀態的分子(丙酸)引起的,這代表pH值越低,抑制劑越有效。丙酸鈣是一種可溶性鹽,可在水中解離產生2個丙酸根離子 (pKb1 = 6.67、pKb2 = 4.75),丙酸根離子水解後即可產生丙酸:

  • Ca(CH3CH2COO)2(s)+H2O(l)→Ca 2+CH3CH2COO-(aq)+CH3CH2COO-(aq)(pKb1 = 6.67)
  • Ca 2+CH3CH2COO-(aq)+H2O(l)→Ca2+(aq)+CH3CH2COO-(pKb2 = 4.75)
  • CH3CH2COO-(aq)+H2O(l) ⇄CH 3CH2COOH(aq)+OH-(aq)

R-COOH是活性最高的形式,但不需一次同時出現所有R-COOH。殺死一個黴菌會消耗一個R-COOH,R-COOH / R-COO-的比例通過將一個R-COO-變為R-COOH而立即達到平衡,這取決於飼料的pH值。多數豬或家禽飼料的pH值為5.6〜6,皆比pKb1(6.67)低,這代表超過50%的丙酸鈣會在飼料的pH值環境下分解。

1. 細胞膜破裂或滲透壓休克:丙酸鈣可能會改變細胞膜上的滲透壓,誘發滲透調節過程,導致維持代謝增加,為緩解脫水壓力,導致黴菌生長抑制。

2. 改變細胞內外的pH值:丙酸鈣易溶於水並在水中解離,即具顯著的水離子化特性,可從水分子中減去質子以形成其相應的非解離酸形式(丙酸),而丙酸可以穿透細胞膜,達到有效的黴菌生長抑制特性:丙酸於細胞質內解離,導致細胞質酸化,並產生跨膜pH值梯度,需透過主動轉運將H+泵出細胞外。與外膜蛋白質的質子交換破壞了這些蛋白質的穩定性,使其與磷脂質相互作用,最終導致黴菌生長抑制。同時,細胞質pH值的改變也會改變核酸的結構和功能,從而導致黴菌生長抑制。

丙酸鈣的防黴優勢是什麼?

丙酸鈣可當做『緩釋型』的黴菌抑制劑。因僅需少量的COOH即可與存在的黴菌發生反應,若所有的丙酸均呈COOH形式,則大部分可能會蒸發並被浪費掉,因為一次僅能殺死這麼多黴菌。丙酸鈣作為COOH的來源,可根據抑制黴菌的需要將其迅速從COO-變為COOH。若黴菌不存在或不生長時,則不會損失解離的丙酸以丙酸鈣的形式被保存,因此它可以依據需要被釋放,而且其作用的時間較丙酸更長。